沙湾大沟泥石流冲击曲面导流设施动力过程研究

摘要

沙湾大沟泥石流位于云南省昆明市寻甸县，发育历史悠久，活动性强，有过多次大规模爆发记录，其原有阶梯型导流槽磨蚀损毁严重，几近失效。因此，为减缓泥石流对原有结构的磨蚀效应，在三期治理工程中提出将导流槽底面设计为“曲面跌水”的特殊形式，该结构实际运行后效果良好，为进一步研究沙湾大沟泥石流对导流设施的冲击过程及动力响应特征规律，该文引入光滑粒子流体动力学-离散单元法-有限单元法耦合方法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method, SPH-DEM-FEM),构建沙湾大沟泥石流导流系统流固耦合模型，对泥石流冲击“曲面跌水”导流设施进行运动过程分析，并与二期原有阶梯型导流槽开展对比研究。结果表明，泥石流冲击“曲面跌水”导流设施过程中导流槽右侧积聚和爬升现象明显，左右两侧峰值速度分别为24.96、17.38 m/s,不同坡度衔接段及出口处水平段受冲击较大，等效应力峰值为722.3 kPa。在相同的工程条件下，曲面型导流槽对泥石流颗粒的减速消能效果更好，在保证排导功能基础上，其使用寿命优于阶梯型导流槽，研究成果为该类型导流槽的设计及应用提供了一定的参考依据及理论支撑。

关键词

沙湾大沟泥石流 / 导流设施 / SPH-DEM-FEM耦合方法 / 动力过程